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해효 강
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1 Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Societ Vol. 18, No. 1 pp , ISSN / eissn RFID 를이용한개선된실내위치추적 주원이, 김효선, 정영아, 홍연찬 * 인천대학교전자공학과 Advanced Indoor Location Tracking Using RFID Won-lee Joo, Ho-Sun Kim, Yeong-Ah Jung, Yeon-Chan Hong * Department of Electronic Engineering, Incheon National Universit 요약 RFID는무선주파수를이용하여사물또는사람에부착된태그의정보를읽어내는기술이다. 비접촉방식으로위치를추적하는 RFID 시스템에서태그를이용하여위치를추적할때실제의위치와측정된위치간의오차가발생한다. 본논문에서는 RFID 기술을통한사물또는사람의위치를파악하는방법에있어 3가지방법을제안한다. RFID 기반의위치인식시스템을구성하고태그 (tag) 들을정사각형형태로배치한다. 리더 (reader) 를보유한물체의실제위치와실험을통해예상되는물체의위치를비교하여오차를확인한다. 기존논문에서는리더에읽힌모든 tag들의무게중심값을구하여리더의대략적인위치를구하였다면본논문에서는중점과방사원의형태를이용하여예상위치를구하는 3가지방법을추가적으로제시하는데첫번째는중간값을사용한방법, 두번째는방사형태를사용한방법, 세번째는원과중간값을절충한방법을사용하였다. 데이터를통해본논문에서제안된 4가지방법중어떤방법이거리의오차가적어실제위치를추적하는데에효율적인지확인하고자한다. 그결과방사형태, 중앙값, 그리고방사형태와중앙값두가지를모두이용한방법중중앙값만을이용한계산방법이가장적은오차가발생하였다. Abstract RFID is a technolog that uses radio frequenc to read information in tags attached to objects or people. Because it reads the information without contact when tracking the location using tags in a RFID sstem, there can be errors between the actual position and measured position. In this paper, three methods (the method of radiation pattern, the method of the median value, and the method using both the radiation pattern and median value) are proposed to identif the location of objects or people using the RFID technique. The location identification sstem based on RFID was constructed and tags were arranged in a square pattern. The real location and eperimentall predicted location of an object containing a reader were compared to confirm the error. Instead of the eisting papers that obtained the approimatel location of a reader b calculating the center of gravit of all tags read b that reader, in this stud, the predicted location was obtained b the median value and the radiation pattern. This stud validated which method was the most efficient among the three methods proposed in this paper through the data of the read tags. As a result, the method of the median value had the smallest error among those assessed. Kewords : RFID, tag, indoor location, Median value, Radiation pattern. 1. 서론 실외에서물체나사람의위치를인식하는방법으로 보편적으로 GPS기술이사용되어지고있다. GPS는매우효율적으로위치를감지하지만실내에서의활용이어렵기때문에그에따라실내에서물체의위치측정에관한 이논문은인천대학교 2016년도자체연구비지원에의하여연구되었음. * Corresponding Author : Yeon-chan Hong(Incheon Univ.) Tel: chong@inu.ac.kr Received November 7, 2016 Accepted Januar 6, 2017 Revised (1st December 21, 2016, 2nd Januar 5, 2017) Published Januar 31,

2 한국산학기술학회논문지제 18 권제 1 호, 2017 연구가활발히진행되고있다 [1]. 실내위치추적을위한매체로 RFID의사용이대두되었다. RFID와다른유사매체와비교해보면그특징을확연히알수있다. 다른유사인식매체별인식기술을비교해보면인식방법에서는 RFID는비접촉식으로바코드에비해인식속도가빠른특징을가지고있다. 또한, 바코드의인식거리는최대 50cm 인데반해, RFIF는최대 100m까지확장이가능하며, 금속을제외한장애물의투과도가능하다. 인식률에있어서도자기카드나 IC 카드와마찬가지로 99.9% 이상으로높으며, 사용기간및데이터저장능력또한여타매체에비하여탁월하다 [2]. 미국과영국은 20년간지속적으로실내위치인식시스템에관한연구를진행하였으며많은연구결과를발표하였다. 실내위치인식시스템은실내의위치를예측하거나측정하는방식이기때문에오차의누적과주변신호노이즈에의한신호측정오차가발생한다. 지속적인연구발전은이러한문제점을개선하여실내위치인식시스템의정확도를높은수준으로발전시켰다.[3] 본논문에서는보다효율적으로위치를추적할수있는 RFID기술을사용하여제안한 4가지방법중어떤방법으로실험을수행하였을때에가장거리의오차가적어효율적인지알아보도록하였다. 실험에서 RFID기반의위치인식시스템을구성하고태그 (tag) 들을배치하고리더 (reader) 를보유한물체의실제위치와실험을통해예상되는리더기의위치를비교하여위치의오차를확인한다.[4] 참고한기존논문의실험내용은태그 (tag) 들을정사각형, 마름모, 직사각형형태로배치하여어떻게배치하였을때가장작은오차를보이는배치형태를확인하는것이었고실험결과정사각형배치형태가오차가가장작게나오는것을확인하였다.[2] 따라서본논문에서는오차가가장작은정사각형배치를실험의기본조건으로설정하였다. 리더기의예상위치를구하기위해서무게중심계산방법, 본논문에서제안한방사형태, 중앙값, 방사형태와중앙값을함께이용한 4가지의계산방법을사용한다. 각각의계산방법은다음장에서설명한다. 이방법들을통해구한오차들의평균을비교하여어떤방법이가장효율적인지확인한다. 2. 위치계산방법 2.1 무게중심을이용한방법 예상되는위치를계산하기위해무게중심을이용하는방법이있다. 안테나에읽힌태그들만을고려하여무게중심값을구하면안테나의위치에가장근접한좌표가나오게된다 [2][5]. Fig. 1. Calculation method of center of gravit. 무게중심이란물체가균형을이루는내부의한점이라고말할수있다. n각형에서 n개의꼭짓점의좌표가주어졌을때의무게중심좌표는 (1) 이고 FIg. 1 과같이 4 각형의무게중심좌표는 (2) 이된다. 기존논문에서는안테나에읽힌모든 tag들의무게중심값을구하여안테나의대략적인위치를구하였다면본논문에서는중점과방사원의형태를이용하여예상위치를구한다 [2]. 태그와리더기의위치를직각으로만나는두좌표축,를사용하여태그들의위치를좌표화하였다. 축방향으로 번째의태그를, 또 축방향으로 번째태그를 라고하였을때태그의위치를 (, ) 로나타낸다. 예를들면 (5,7) 으로표현된좌표는 축방향으로 5번째, 축방향으로 7번째에위치한태그를나타낸다. 426

3 RFID 를이용한개선된실내위치추적 2.2 방사형태를이용한계산방법 Fig. 2. Assignment method of virtual radiation pattern. 위 Fig. 2의 48개의사각형심볼은배치된태그들을나타낸다. 검정사각형은배치된태그들중리더기에감지된태그들을표시한것이며, 하얀사각형은리더기에감지되지않은태그들이다. 또한별표는실험에서의리더기의위치를나타낸다. 이는나머지그림에서도동일하다. 리더기의위치가태그들을좌표화한좌표상에서 Fig. 2의별모양과같이 (4,3) 의위치에있다고하자. 이때리더기로부터읽혀진태그들의좌표를확인한다. 그리고 Fig. 2와같이리더기를중심으로하는가상의원을그린다. 이때이원은태그들을최대한으로포함시키는타원혹은원의형태를가진다. 이렇게원안에포함된태그들만의좌표값을앞에서언급한무게중심을구하는식에대입하여그값을계산한다. 그결과리더기의예상위치의좌표값이나오게된다. 2.3 중앙값을이용한방법 Fig.4와같이리더기의위치가좌표상 (4,3) 에있다고하자. 만약 (4,3) 을기준으로 (4,5) 의태그가읽혔다면, 기준이 (4,3) 에위치한리더와읽힌태그 (4,5) 의중앙값은 (4,4) 가된다. 즉같은방향에놓여있는태그들은인식된태그들중에서끝의태그만을적용한다. 이방식을 Fig. 4의태그들에적용하면 Fig. 5와같은중점값들이나오게된다. 이와같은모든방향에서의중앙값을구한뒤이값들을무게중심공식에대입하면예상되는위치의좌표가나오게된다. Fig. 5. Result of median value method. 2.4 방사형태와중앙값을이용한방법중앙값과방사형태를함께이용한방법은방사원에포함되지않은태그들을보상하기위한방법이다. 방사원바깥에있는태그들은중앙값을이용하여방사원안으로포함시켜서보상되도록한다. Fig. 6. Tags which are not included in the radiation pattern. Fig. 3. Method of obtaining the median value. Fig. 4. Reader position and read tags. Fig. 7. Compensation for tags while are not included in the radiation pattern. 427

한국산학기술학회논문지제 18 권제 1 호, 2017 Fig. 6은리더기의위치가좌표상 (4,3) 에있을때방사형태에포함되지않는태그들을 표시로나타낸것이다. 이태그들을보상하기위해서 Fig.

1 실험과정태그를 Fig.8과같이정사각형으로실내바닥에배치한후 ALR 9900+ 프로그램과안테나를연결한다.

Specification of Mt-92 antenna. 3.2 실험결과 위치추적을위해태그들은정사각형형태로배치하였고서로간의간격은 30cm이다. Fig. 8.

ALR9000+ program 여기서예상위치를도출하는방법을 4가지로나누어서수행하는데첫번째는읽힌태그들의전체의무게중심을측정하는방법, 두번째는가상의방사형태를지정하여방사원내부에읽힌태그들의무게중심의좌표를측정하는방법,

4 한국산학기술학회논문지제 18 권제 1 호, 2017 Fig. 6은리더기의위치가좌표상 (4,3) 에있을때방사형태에포함되지않는태그들을 표시로나타낸것이다. 이태그들을보상하기위해서 Fig. 7처럼각태그들의중앙값을이용하여방사형태안으로포함시켜무게중심을구하게된다. 이다. 사용되는 RFID리더기와안테나의사양은각각표1, 표2와같다. Table 1. Specification of ALR 실험및결과 3.1 실험과정태그를 Fig.8과같이정사각형으로실내바닥에배치한후 ALR 프로그램과안테나를연결한다. 그후 RFID리더기를배치된태그들위의임의의위치에위치시킨후브라켓의움직임을물체의이동으로생각하고브라켓의위치에따라안테나에읽히는태그들을 PC에연결시킨 ALR 프로그램을사용하여 Fig.9와같이확인한다. Table 2. Specification of Mt-92 antenna. 3.2 실험결과 위치추적을위해태그들은정사각형형태로배치하였고서로간의간격은 30cm이다. Fig. 8. Installation of Antenna and an eperiment processs Fig. 9. ALR9000+ program 여기서예상위치를도출하는방법을 4가지로나누어서수행하는데첫번째는읽힌태그들의전체의무게중심을측정하는방법, 두번째는가상의방사형태를지정하여방사원내부에읽힌태그들의무게중심의좌표를측정하는방법, 세번째는방사형태와중앙값을함께이용한방법, 마지막으로중앙값만을이용하여측정하는것 Table 3. Eperiment results using center of gravit Avg Table 3은무게중심만을이용한실험결과이다. 계산 을통해구한무게중심좌표와실제리더기위치의좌표 간의가정적은오차는 0cm, 가장큰오차는 35.70cm이 며, 평균 18.05cm의오차가발생하였다. 428

5 RFID 를이용한개선된실내위치추적 Table 4. Eperiment result using radiation pattern Avg Table 4는위와같은실험에서리더기의위치를측정 하는계산에있어추가적으로방사원을도입한실험결 과이다. 읽혀진태그들상에임의로타원혹은원을그렸 으며이원은읽힌태그들을가장효율적으로포함시키 는방사원이다. 방사원안에포함되지않는태그는제 외하고원안에포함된태그들만의좌표값을가지고무 게중심계산법을이용해리더기의예상위치를구하였다. 계산을통해구한무게중심좌표와실제리더기위치의 좌표간의가장적은오차는 0cm, 가장큰오차는 37.50cm이며, 평균 15.21cm의오차가발생하였다. Table 5. Eperiment result using median value Avg Table 6. Eperiment result using both radiation pattern and median value Avg Table 6은방사형태와중점을이용한계산방법의결과값이다. 두번째실험과마찬가지로태그들상에방사원을지정하였다. 하지만이번에는방사원밖의태그들을아예무시하지않고, 이태그들은따로리더기와의중간지점으로이동시켜, 방사원안에포함시킨후계산하였다. 계산을통해구한무게중심좌표와실제리더기위치의좌표간의가장적은오차는 2.68cm, 가장큰오차는 34.98cm이며, 평균 15.01cm의오차가발생하였다. 4. 결론 본연구는 tag들을정사각형배치를하여실험을통해예상되는리더기의위치와실제위치를비교하여오차를확인하였다. 거리오차를확인하기위해서총 4가지의계산방법을사용하였다. 20번의실험의결과실제위치와측정위치와의평균오차가가장적은계산방법은평균오차가 11.91cm 인중앙값계산방법이다. 그다음오차가적은순서로는방사형태와중앙값을이용한방법이 15.01cm, 방사형태방법이12.21cm의오차를보였고기존논문에서사용한무게중심방법이 18.05cm로가장큰오차를보였다. 실제위치와예상되는위치를비교할때 tag들의중앙값을이용한방법이가장효율적인방법이라는것을확인하였다. Table 5은중앙값만을이용한실험결과이다. 계산을통해구한무게중앙좌표와실제리더기위치의좌표간의가장적은오차는 1.80cm, 가장큰오차는 25.79cm이며, 평균 11.91cm의오차가발생하였다. References [1] Boung-Suk Choi, Jang-Mung Lee, "An Efficient Localization of Mobile Robot in RFID Sensor Space", Journal of Control, Automation, and Sstems 429

한국산학기술학회논문지제 18 권제 1 호, 2017 Engineering vol. 12, no. 1, Jan. 2006. DOI: http://doi.org/10.5302/j.icros.2006.12.1.015 [2] Chang-Hawn Lee, "Research on Position Tracking Using Passive RFID Tags", Graduate courses of Dankook Universit, 2012.

[4] Chang-Sun Yoon, Dong-Min Yoon, Young-Chan Kwon, Yeon-Chan Hong, "RFID Based Indoor Localization and Effective Tag Arrangement Method", Journal of the Korea Academic-Industrial

pp. 8760-8766, 2015. DOI: http://d.doi.org/10.5762/kais.2015.16.12.

6 한국산학기술학회논문지제 18 권제 1 호, 2017 Engineering vol. 12, no. 1, Jan DOI: [2] Chang-Hawn Lee, "Research on Position Tracking Using Passive RFID Tags", Graduate courses of Dankook Universit, [3] Dae-Man Do, RFID-based inddor location-aware sstem for Emergenc Rescue Evacuation Support, Graduate courses of Tongmong Universit, [4] Chang-Sun Yoon, Dong-Min Yoon, Young-Chan Kwon, Yeon-Chan Hong, "RFID Based Indoor Localization and Effective Tag Arrangement Method", Journal of the Korea Academic-Industrial cooperation Societ, vol. 16, No. 312 pp , DOI: 정영아 (Young-ah Jeong) [ 정회원 ] 지능제어, RFID 2017 년 2 월 : 인천대학교전자공학과졸업 ( 공학사 ) 주원이 (Won-lee Joo) [ 정회원 ] 지능제어, RFID 2017 년 2 월 : 인천대학교전자공학과졸업 ( 공학사 ) 홍연찬 (Yeon-chan Hong) [ 정회원 ] 1983 년 2 월 : 서울대학교전자공학과졸업 ( 공학사 ) 1985 년 2 월 : 서울대학교대학원전자공학과졸업 ( 공학석사 ) 1989 년 2 월 : 서울대학교대학원전자공학과졸업 ( 공학박사 ) 1990 년 3 월 ~ 1992 년 2 월 : 순천향대학교전자공학과전임강사 1992 년 3 월 ~ 현재 : 인천대학교전자공학과교수 김효선 (Ho-sun Kim) [ 정회원 ] 지능제어, RFID, 전력전자 2018 년 2 월 : 인천대학교전자공학과졸업예정 ( 공학사 ) 지능제어, RFID 430

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<37365FC0B1C3A2BCB12D B8A620B1E2B9DDC0B8B7CE20C7D120BDC7B3BB20C0A7C4A12E687770> Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 16, No. 12 pp. 8760-8766, 2015 http://dx.doi.org/10.5762/kais.2015.16.12.8760 ISSN 1975-4701 / eissn 2288-4688 RFID 를기반으로한실내위치파악및효율적 Tag